鄂爾多斯盆地泊江海子地區(qū)直羅組高分辨率層序地層研究

王龍輝，胡立飛，楊勝富，郭濤，張海云，郭煦劼

（核工業(yè)二〇八大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

鄂爾多斯盆地位于華北地臺的西部，是一個多旋回疊合型盆地，也是中國現(xiàn)存的最為穩(wěn)定、完整的構(gòu)造單元［1］，而產(chǎn)鈾盆地的一級控制是大地構(gòu)造因素［2］，這也為鄂爾多斯盆地北部提供了成礦有利的構(gòu)造條件。該區(qū)主要的富礦層位為直羅組下段［3］，而直羅組下段上、下亞段古層間氧化帶嚴(yán)格地控制著鈾礦化作用，富礦體主要產(chǎn)于綠色砂巖向灰色砂巖過渡的灰色砂巖中［4-5］。雖然兩個亞段的物源和砂體分散方向具有很好的繼承性，但成因完全不同，不同成因的砂體具有不同的非均質(zhì)性，砂體非均質(zhì)性通過對成礦流體運移狀態(tài)的影響進而實現(xiàn)對鈾成礦的控制［6-7］。除此之外，地層的非均質(zhì)性對地層的還原性也具有一定的影響，地層還原性的強弱，直接影響了地層對成礦流體中鈾的卸載能力［8］。與區(qū)域上相似，泊江海子地區(qū)直羅組下段下亞段和上亞段為主要的含礦層位，目前主要分為兩段進行了編圖和開展系列研究工作，發(fā)現(xiàn)礦體主要富集于氧化前鋒線和氧化還原疊置帶中，這種大層的研究雖然對于找礦具有指導(dǎo)性，但是大層是由多個小層序組合而成，小層的非均質(zhì)性的差異導(dǎo)致含氧含鈾水對小層序具有一定的選擇性，這也造成含氧含鈾水對鈾的卸載具有一定的選擇性，所以通過大層的研究，無法對礦體進行更加精確的定位。本文采用了高分辨率層序地層的劃分方法，利用小層序的劃分，使巖石地球化學(xué)的控制單元更加精確化，能夠使對于礦層的定位更加準(zhǔn)確，比大層的研究更有意義。這種方法的應(yīng)用，使巖石地球化學(xué)較為復(fù)雜的地區(qū)研究更加精細化，能夠更好的指導(dǎo)野外生產(chǎn)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地泊江海子地區(qū)處于鄂爾多斯中新生代盆地北部的伊盟隆起帶上（圖1）。伊盟隆起北鄰河套斷陷，南接伊陜斜坡。印支運動造就了盆地由西向東、由北向南傾斜的大型斜坡帶——伊陜斜坡，并在此基礎(chǔ)上沉積了延安組、直羅組，特別是直羅組穩(wěn)定展布的河流相砂帶，為后期鈾成礦提供了良好的儲層空間。燕山運動造成盆地多次抬升并總體向西掀斜，同時西緣逆沖帶褶皺成山，成為盆地西緣新的物源與鈾源區(qū)。而在盆地北部河套古隆起依然起著主導(dǎo)作用，提供長期穩(wěn)定的含氧含鈾水的補給，是盆地北部鈾成礦物質(zhì)的重要來源。泊江海子地區(qū)出露的主要地層為下白堊統(tǒng)和第四系，無目的層直羅組的出露。根據(jù)目前鉆孔施工情況，自下而上依次發(fā)育延安組、直羅組、下白堊統(tǒng)和第四系，而鈾礦化主要富集于直羅組下段上亞段和下亞段，區(qū)內(nèi)構(gòu)造和巖漿巖均不發(fā)育。研究區(qū)位于北部鄂爾多斯高原水文地質(zhì)區(qū)的烏家廟-杭錦旗水文地質(zhì)單元和伊金霍洛旗-烏審召水文地質(zhì)單元。各水文地質(zhì)單元均有完整的補給、徑流、排泄系統(tǒng)，同時各水文地質(zhì)單元之間構(gòu)成了一個相互聯(lián)系的整體。本區(qū)氣候?qū)儆谥袦貛Т箨懶园敫珊导撅L(fēng)氣候，四季更替明顯，多風(fēng)少雨，地表水系較發(fā)育，為季節(jié)性間歇河流，年降水量平均392.7 mm，年蒸發(fā)量平均2 563 mm。

圖1 鄂爾多斯盆地北部構(gòu)造分區(qū)略圖（據(jù)張抗，1989［1］）Fig.1 Sketch of structural division in north Ordos Basin（after Zhang Kang，1989［1］）

2 研究區(qū)層序地層格架的建立

泊江海子地區(qū)層序地層格架的建立主要依托鉆孔巖心編錄和測井資料綜合分析，這些鉆孔資料均為核工業(yè)二〇八大隊施工鉆孔，鉆孔施工執(zhí)行《地浸砂巖型鈾礦鉆探規(guī)范》（EJ/T 1140—2002）、《地浸砂巖型鈾礦地質(zhì)勘查規(guī)范》（EJ/T 1157—2018）、《地浸砂巖型鈾礦鉆探工程地質(zhì)物探原始編錄規(guī)范》（EJ/T 1159—2002）、《地浸砂巖型鈾礦野外資料綜合整理要求》（EJ/T 20155—2018）等規(guī)范，且每年均通過上級部門組織的野外驗收，可靠程度高，可以滿足層序地層劃分的要求。

2.1 層序地層劃分的方法

層序分析的關(guān)鍵就是層序界面識別，通過地震、鉆井巖心、測井等資料，可有效識別出各層段的層序界面［9-13］。利用不同的級次基準(zhǔn)面旋回分析并得出各類型儲集體的平面展布特征及相互接觸關(guān)系、垂向上的演化規(guī)律及空間展布特征［14］。分析按照“由點到線，由線及面”的研究思路［15］。本文中層序界面的識別主要參考鉆孔巖心編錄資料和測井資料，對單孔進行短期基準(zhǔn)面旋回和長期基準(zhǔn)面旋回的劃分，再對單孔進行剖面上的對比，統(tǒng)計短期基準(zhǔn)面旋回的巖石地球化學(xué)和沉積相特征，進而總結(jié)出平面特征。

2.2 單井層序地層的劃分結(jié)果

根據(jù)單井層序地層的劃分結(jié)果，直羅組共劃分為3 個長期基準(zhǔn)面旋回，10 個中期基準(zhǔn)面旋回和47 個短期基準(zhǔn)面旋回。3 個長期基準(zhǔn)面旋回自上而下對應(yīng)直羅組上段、直羅組下段上亞段和直羅組下段下亞段（圖2）。直羅組上段和直羅組下段上亞段均表現(xiàn)為正韻律旋回，且可見多個明顯的二元結(jié)構(gòu)組合，具有曲流河沉積特點。直羅組下段下亞段也表現(xiàn)為正韻律旋回，具有砂體巖性粗，泥巖層不發(fā)育的特點，且底部可見礫巖層，反映古水動力較強，為辮狀河沉積的特點。直羅組上段劃分為3 個中期旋回和17 個短期旋回，沉積亞相為河床亞相和堤岸亞相，沉積微相為邊灘沉積和天然堤沉積；直羅組下段上亞段進一步劃分為3 個中期旋回和16 個短期旋回，沉積亞相為河床亞相、堤岸亞相和河漫亞相，沉積微相為邊灘沉積、天然堤沉積和河漫灘；直羅組下段下亞段劃分為4 個中期旋回和14 個短期旋回，沉積亞相為河床亞相，沉積微相為河床滯留沉積、側(cè)向沙壩和河心洲（圖2）。

圖2 10 號和6 號鉆孔單井層序地層劃分Fig.2 Sequence stratigraphic division of Well No.10 and Well No.6

2.3 層序地層格架的建立

根據(jù)區(qū)域的沉積特點，結(jié)合本地區(qū)的特點，在研究區(qū)內(nèi)選取了16 口有代表性的鉆孔。鉆孔基本覆蓋整個區(qū)域，基本按照由點到線，由線到面的思路建立研究區(qū)的高分辨率層序地層格架，垂直于沉積作用方向建立4 條剖面，平行于沉積作用方向建立4 條剖面。垂直于沉積方向的剖面為①～④，平行于沉積方向的剖面為⑤～⑧，其中由于⑧號剖面部分鉆孔僅鉆遇直羅組下段下亞段頂部泥巖終孔，所以⑧號剖面的鉆孔僅能做直羅組上段和下段上亞段的高分辨率層序地層對比（圖3）。

圖3 泊江海子地區(qū)直羅組高分辨率層序地層對比骨架Fig.3 Correlation framework of high-resolution sequence stratigraphy of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

2.4 層序地層等時剖面的精細對比

以標(biāo)準(zhǔn)鉆孔為依據(jù)，對周邊鉆孔進行短期基準(zhǔn)旋回的對比，進行平行于物源方向的對比和垂直于物源方向的對比，建立短期基準(zhǔn)旋回對比的層序地層等時對比剖面。和標(biāo)準(zhǔn)孔一致，直羅組下段下亞段劃分為14 個短期基準(zhǔn)旋回，直羅組下段上亞段劃分為16 個短期基準(zhǔn)旋回，直羅組上段劃分為17 個短期基準(zhǔn)旋回（圖4～7）。通過對比發(fā)現(xiàn)，短期基準(zhǔn)旋回在剖面上厚度具有一定的差異性，且存在一定的相變，這種厚度的差異和相變在一定程度上影響鈾礦體的富集。

圖4 泊江海子地區(qū)垂直于物源方向①號和②號層序地層對比剖面Fig.4 Sequence stratigraphic correlation of section No.1 and section No.2 perpendicular to source direction in Bojianghaizi area

圖5 泊江海子地區(qū)垂直于物源方向③號和④號層序地層對比剖面Fig.5 Sequence stratigraphic correlation of section No.3 and section No.4 perpendicular to source direction in Bojianghaizi area

圖6 泊江海子地區(qū)平行于物源方向⑤號和⑥號層序地層對比剖面Fig.6 Sequence stratigraphic correlation of section No.5 and section No.6 parall to source direction in Bojianghaizi area

圖7 泊江海子地區(qū)平行于物源方向⑦號和⑧號層序地層對比剖面Fig.7 Sequence stratigraphic correlation of section No.7 and section No.8 parall to to source direction in Bojianghaizi area

3 成礦層位巖石地球化學(xué)環(huán)境和沉積相特征

由于劃分的短期基準(zhǔn)旋回較多，無法展開進行每一層詳細的敘述，所以僅對與成礦層位有關(guān)系的SSC12、SSC24、SSC25和SSC27四個短期基準(zhǔn)旋回的巖石地球化學(xué)環(huán)境和沉積相進行分析。SSC12屬于直羅組下段下亞段，為5和9號孔的含礦段，SSC24、SSC25和SSC27屬于直羅組下段上亞段，為13號孔的含礦段。通過對四個短期基準(zhǔn)旋回的地層厚度、巖性特征和砂體厚度等進行統(tǒng)計，做出了四個短期基準(zhǔn)旋回的巖石地球化學(xué)圖和沉積相圖。

3.1 巖石地球化學(xué)環(huán)境特征

泊江海子地區(qū)直羅組下段巖石地球化學(xué)類型主要為綠色砂巖和灰色砂巖，綠色砂巖則代表古氧化帶，主要是經(jīng)歷了先氧化后還原作用，是原本的氧化帶砂巖呈現(xiàn)綠色；灰色砂巖則代表還原帶，而礦體一般富集于綠色砂巖向灰色砂巖過渡的灰色砂巖中。受綠色砂巖與灰色砂巖變換面的控制，經(jīng)過以上小層序的劃分后，在小層序內(nèi)全為綠色的鉆孔定為古氧化帶，既有綠色又有灰色的鉆孔定為氧化還原疊置帶，整孔均為灰色的鉆孔定為還原帶。由于各個小層序具有一定的物性差異，造成了大層垂向上的非均質(zhì)性，含氧含鈾水容易流向滲透性好的小層序，而每個小層序在平面上均具有很好的延展性，含氧含鈾水對于小層序具有一定的選擇性，這也造成含氧含鈾水對鈾的卸載具有一定的選擇性，所以對于小層序巖石地球化學(xué)的劃分比大層巖石地球的劃分更具有意義。

從SSC12巖石地球化學(xué)圖可以看出，氧化方向為北東-南西向，氧化帶呈蛇曲狀，氧化-還原疊置帶的范圍在3～20 km，而工業(yè)礦孔位于SSC12氧化-還原疊置帶內(nèi)，受垂向上氧化-還原轉(zhuǎn)換面的控制，不受古氧化前鋒線的控制，對于這種類型的礦體，小層序的劃分更好的縮小了氧化-還原疊置帶的范圍，對于礦體的定位也縮小了范圍（圖8）。經(jīng)過整理，SSC24、SSC25和SSC27的巖石地球化學(xué)圖氧化展布基本一致，均為北東向南西展布，氧化-還原疊置帶的范圍在1～15 km，工業(yè)礦孔位于氧化前鋒線的附近的還原帶內(nèi)，受氧化前鋒線的控制，對于此類型的礦體，通過小層序的劃分可以精確判斷氧化前鋒線的范圍，如果用大層序進行劃分的話，該孔則位于氧化-還原疊置帶中，所以通過小層序的劃分，可以精確判斷氧化前鋒線的位置，進而對礦體進行精確定位（圖9）。

圖8 泊江海子地區(qū)直羅組SSC12 巖石地球化學(xué)圖Fig.8 SSC12 geochemical diagram of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

圖9 泊江海子地區(qū)直羅組SSC24、SSC25、SSC27 巖石地球化學(xué)圖Fig.9 SSC24，SSC25 and SSC27 geochemical diagram of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

3.2 沉積相特征

泊江海子地區(qū)直羅組下段主要為辮狀河和曲流河沉積，進一步劃分為各種亞相，大層只能確定其優(yōu)勢相，而無法進行細分，而通過小層序的劃分，可以進一步的精確劃分小層序沉積亞相平面上的分布情況。不同的沉積亞相對應(yīng)不同的沉積環(huán)境，不同的沉積環(huán)境造成沉積物類型具有差異性，也就造成了不同的小層序的非均質(zhì)性的差異，從而導(dǎo)致流體的選擇性流入不同的小層序。側(cè)向砂壩和邊灘粒度相對較粗，含礦流體則易進入該層發(fā)生層間氧化作用，也是礦體富集的有利部位，而河心洲、河漫灘和天然堤相則粒度較細，不利于含礦流體的進入，所以與上述巖石地球化學(xué)相似，小層序沉積相的劃分比大層沉積相劃分更具有意義。

SSC12沉積相圖可以看出，沉積相主要為辮狀河沉積，沉積亞相為河床亞相，沉積微相為沙壩和河心洲微相。工業(yè)礦體主要分布于沙壩內(nèi)，而砂壩前部可見河心洲沉積，河心洲為細粒物質(zhì)組成，含礦流體在砂壩中向河心洲方向流動的過程中，非均質(zhì)性發(fā)生了變化，河心洲阻礙了含礦流體的運移，使礦體在距離河心洲一定的距離發(fā)生富集（圖10）。SSC24、SSC25 和SSC27 沉積相均為曲流河沉積，SSC24沉積亞相為河床亞相和堤岸亞相，沉積微相為邊灘沉積和天然堤沉積微相（圖11）；SSC25 和SSC27沉積亞相為河床、堤岸和河漫亞相，沉積微相為邊灘沉積、天然堤沉積和河漫沼澤沉積。與SSC12類似，邊灘沉積粒度較粗，一般為砂巖和礫巖，滲透性較好，含礦流體容易通過，而天然堤沉積和河漫沼澤沉積一般為泥巖和粉砂巖，粒度較細，對于含礦流體具有一定的阻礙作用，使含礦流體在距離天然堤和河漫沼澤一定距離發(fā)生礦體的富集，且這兩種沉積微相粒度較細，一般具有大量的還原性介質(zhì)，如炭屑和黃鐵礦，而這兩種物質(zhì)對于鈾具有一定的吸附作用，也可在一定范圍內(nèi)形成還原障，對于鈾礦體的富集具有有利的作用。SSC24工業(yè)礦孔位于邊灘沉積中，與天然堤沉積區(qū)域相對較遠，但SSC25和SSC27工業(yè)礦孔位于邊灘沉積與天然堤沉積的相變附近，且SSC27中的礦體為主礦體，厚度和品位相對較大，表明沉積相的距離變化對于礦體的富集具有一定的影響（圖12、13）。

圖10 泊江海子地區(qū)直羅組SSC12 沉積相圖Fig.10 SSC12 sedimentary facie map of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

圖11 泊江海子地區(qū)直羅組SSC24 沉積相圖Fig.11 SSC24 sedimentary facie map of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

圖12 泊江海子地區(qū)直羅組SSC25 沉積相圖Fig.12 SSC25 sedimentary facie map of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

圖13 泊江海子地區(qū)直羅組SSC27 沉積相圖Fig.13 SSC27 sedimentary facie map of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

4 結(jié)論

1）通過對目的層直羅組的層序地層的研究，直羅組共劃分為3 個長期基準(zhǔn)面旋回，10 個中期基準(zhǔn)面旋回和47 個短期基準(zhǔn)面旋回。通過劃分，使泊江海子地區(qū)復(fù)雜的氧化特征和礦化特征簡單化，更具有針對性，有利于更加精確的開展下一步的找礦工作。

2）通過對區(qū)內(nèi)巖石地球化學(xué)環(huán)境和沉積相的的分析，鈾礦體的富集與巖石地球化學(xué)環(huán)境和沉積相具有一定的關(guān)系。通過小層序的劃分，在巖石地球化學(xué)方面，縮小了氧化-還原疊置帶的范圍，使氧化前鋒線定位更加精確，而氧化-還原疊置帶和氧化前鋒線均為有利的成礦部位，比大層劃分更加精確。沉積相方面，與巖石地球化學(xué)特征相似，可以精細劃分出控礦沉積相范圍，做到了小層序沉積相的精準(zhǔn)化，能夠較好的反應(yīng)成礦規(guī)律。該方法的運用可以更加精確的定位礦層的富集部位，對于生產(chǎn)具有很好的指導(dǎo)性。